[發明專利]一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法

有效

• 申請號: 202110679274.8
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113466691B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 韓笑;劉龍;劉俊杰;梅齊昊;趙豪;許智淳;唐元亨;安琛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

1.一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

將發動機工作過程具體分為第一次壓縮、第二次壓縮、中冷、燃燒、第一次膨脹、第二次膨脹六個階段，每個階段取步長取值相同，與混合加熱理想循環每個階段相對應，進行迭代求解；

步驟一：根據所用發動機的幾何參數和初始參數確定邊界條件與初始條件，并給定絕熱指數κ；所述絕熱指數是指理想氣體可逆絕熱過程的指數；

步驟二：在所述第一次壓縮階段中，用絕熱指數κ進行計算，利用理想氣體可逆過程計算公式可得第一個壓縮階段后的溫度T₂及壓力P₂，并將其作為第二次壓縮階段過程的起始參數；

其中，P₁為第一次壓縮階段前的壓力，T₁為第一次壓縮階段前的溫度，V₁^K為絕熱指數κ狀態下第一次壓縮階段前的體積，V₂^K為絕熱指數κ狀態下第一次壓縮階段后的體積；V₁為第一次壓縮階段前的體積，V₂為第一次壓縮階段后的體積，ε為第一次壓縮階段前后的體積比；

步驟三：對所述第二次壓縮過程進行計算，根據壓縮過程一個步長內的傳熱量體積功工質質量m，第二次壓縮過程工質比熱容c_v1，通過熱力學第一定律求出第二次壓縮過程中一個步長內的溫度變化

其中，Q_W為第二次壓縮過程中的傳熱量，V為第二次壓縮過程中的體積，T為第二次壓縮過程中的溫度；

根據步驟二得到的第一個壓縮階段后的溫度T₂，求解出第二次壓縮過程中的第一個步長終點的溫度T₃，將T₃作為下一步長的初始溫度迭代計算，得到壓縮過程各步長的溫度；將各步長溫度，通過理想氣體狀態方程pV＝RT，計算得到相應各步長的壓力；

步驟四：對中冷器過程進行計算，根據中冷器出口空氣溫度T_s的計算公式得出經過中冷器后的溫度，使用空氣通過中冷器造成的壓力損失Δp_s計算出口的壓力p_s，具體公式如下：

p_s＝p_K-Δp_s

其中，t為時間，T_K為絕熱指數κ狀態下第一次壓縮階段前的體積，T_wo為中冷器出口冷卻水溫度，T_wi為中冷器入口冷卻水溫度，C_sw為傳熱系數K和傳熱面積A_K的乘積，c_pw為冷卻水定壓比熱容，m_w為冷卻水質量，m_s為空氣質量，為空氣質量流量，ρ_s為中冷器進口處空氣的密度，A_k為中冷器通流面積，η_r為中冷器阻力系數，p_K為絕熱指數κ狀態中冷器的壓力；

步驟五：對燃燒過程進行計算，設為混合加熱理想循環中的定容加熱和定壓加熱，根據燃燒過程一個步長內的傳熱量體積功工質質量m^*，燃燒過程中工質比熱容c_v2，燃料燃燒投入熱量g_f(H_u-u)，燃燒速率通過熱力學第一定律求出燃燒過程中一個步長內的溫度變化

其中，為燃燒過程中的傳熱量，V^*為燃燒過程中的體積；T^*為燃燒過程中的溫度；

重復步驟三的溫度迭代步驟，求解得出各步長的溫度與壓力；

步驟六：對兩次膨脹過程進行計算，設定為混合加熱理想循環中的絕熱膨脹，重復步驟三的計算過程，代入燃燒過程后的工質比熱容c_v3，求解得出膨脹過程各步長的溫度與壓力；

步驟七：對步驟三、步驟四、步驟五、步驟六得到的壓力進行積分計算，求出工作過程的有效功W，再根據有效功W與總投入熱量Q_total的比值求出有效熱效率，與所耦合電機的效率相乘，即為整個兩階段壓縮膨脹發電機的發電效率：

η＝η₁·η₂。